I CONDUTTORI METALLICI
I metalli sono i migliori conduttori di elettricità, perché alloro intemo vi sono moltissimi elettroni liberi, in grado di spostarsi
da un punto all'altro del materiale. Quando sono sottoposti a un campo elettrico, essi migrano verso i punti a potenziale
più alto, generando così una corrente elettrica. Per questa ragione gli elettroni liberi del metallo si chiamano elettroni di
conduzione.
Dentro un filo di rame, per esempio, gli atomi sono impacchettati in una struttura microcristallina; in ogni microcristallo
essi sono in una disposizione regolare che si ripete sempre eguale a se stessa. Dei 29 elettroni che ruotano intorno a
ciascun atomo di rame, quello più lontano dal nucleo è legato in modo molto debole. L'energia cinetica dovuta al moto di
agitazione termica è sufficiente per staccarlo dall'atomo e consentirgli di spostarsi liberarnente all'interno del reticolo
cristallino.
La struttura microscopica del rame (così come quella di ogni altro metallo) è quindi costituita da una sequenza ordinata di
ioni positivi, che possiamo immaginare disposti piuttosto lontani gli uni dagli altri. Tra di essi, negli interstizi del reticolo
cristallino, vagano i numerosissimi elettroni di conduzione. Poiché queste particelle si comportano in modo simile alle
molecole di un gas, si parla di gas di elettroni.
A causa dell'agitazione termica gli ioni oscillano rapidamente intorno alla posizione di equilibrio, mentre gli elettroni dì
conduzione si muovono in tutte le direzioni all'interno del metallo con velocità che sono dell'ordine di 106 m/s. Il loro moto,
però, non è completamente libero. Le continue interazioni con gli ioni del reticolo li costringono a brusche deviazioni dì
traiettoria, per cui si muovono a zig zag in modo disordinato.
Quando si applica una differenza di potenziale tra due punti del metallo, il campo elettrico esercita una forza sugli elettroni
di conduzione, che fa variare la loro velocità. Al moto disordinato di agitazione termica si sovrappone un moto ordinato
verso i punti a potenziale più alto. Il gas di elettroni, pur continuando a spostarsi qua e là dentro il reticolo cristallino, migra
nel suo complesso nel verso opposto a quello del campo elettrico. Il moto di ciascun elettrone è il risultato
dell'accelerazione continua che esso subisce da parte del campo elettrico e delle brusche frenate causate dalle collisioni
con il reticolo cristallino.
vedi anche pag G68 libro di testo
RESISTENZA E TEMPERATURA
La resistenza di molti materiali dipende dalla temperatura. Si pensa che l'aumento della temperatura in un conduttore
possa, in generale, produrre due effetti contrastanti:
1. poiché aumenta l'agitazione termica del reticolo cristallino, il moto dei portatori di carica è più ostacolato alle alte
temperature che alle basse temperature;
2. alle alte temperature alcuni elettroni che erano ancora legati agli atomi acquistano l'energia occorrente per liberarsi e il
numero dei portatori di carica aumenta.
I materiali su cui hai sperimentato si comportano in modo diverso secondo quale effetto prevale o l'eventuale
compensazione tra i due. Misurazioni accurate, eseguite in forni o frigoriferi a temperatura costante, mostrano che nei
metalli, per salti di temperatura non troppo alti, la variazione della resistenza elettrica risulta direttamente proporzionale
alla variazione della temperatura e al valore della resistenza stessa.
In formule:
R R0 T
dove: R è la resistenza alla temperatura T, R0 è la resistenza ad una temperatura T di riferimento (di solito, O °C), è il
coefficiente di temperatura il cui valore dipende dal materiale e T è la differenza in °C tra la temperatura T e la
temperatura di riferimento.
